CN107769295A - 电池充电方法和采用其的电池充电设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种对电池充电的方法和采用该方法的电池充电设备，其中，电池包括多个电池单元，该电池充电方法包括：在第一时间段用第一电压对电池充电，本次充电是第一次充电；在第二时间段用第二电压对电池充电，本次充电是第二次充电；在第三时间段用第三电压对电池充电，本次充电是第三次充电，其中，对应于电池的充电电流的幅值来确定第一时间段至第三时间段的长度。

Description

电池充电方法和采用其的电池充电设备

本申请要求于2016年8月22日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0106174号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。

技术领域

本公开的方面涉及一种电池充电方法和一种使用该电池充电方法的电池充电设备。

背景技术

电池的电阻根据C率(C-rate)、荷电状态(SOC)、温度等具有在充电过程期间变化的非线性特性。在根据现有技术的电池充电方法之中，阶梯式恒流(CC)/恒压(CV)充电方法在CC段产生线性应力，从而产生生成副产物的多个段。

另外，即使当在CC阶段期间电池的寿命劣化且电阻增加时，也应用同样幅值的电流，这会引起另外的劣化。另外，根据阶梯式CC/CV充电方法，如果在构成电池组单元的电池的性能之间存在差异，则过充电和过放电集中于一些电池中，从而使电池组的整体性能劣化。

发明内容

一个或更多个实施例的方面针对一种电池充电方法以及一种采用该电池充电方法的电池充电设备，其中，所述电池充电方法能够通过减少在电池的充电期间施加的应力成分并且施加与构成电池组的每个单元的特性对应的电流来使电池的寿命增加。

一个或更多个实施例的方面针对一种电池充电方法以及一种采用该电池充电方法的电池充电设备，其中，所述电池充电方法利用恒定的阶梯式电压对电池充电，该恒定的阶梯式电压是通过将在电池的充电期间的变化的电阻的特性考虑在内而确定的充电电压。

另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可以通过提供的实施例的实践而习得。

根据一个或更多个实施例，提供了一种对电池充电的方法，其中，电池包括多个电池单元，所述方法包括：在第一时间段用第一电压对电池充电，本次充电是第一次充电；在第二时间段用第二电压对电池充电，本次充电是第二次充电；在第三时间段用第三电压对电池充电，本次充电是第三次充电，其中，对应于电池的充电电流的幅值来确定第一时间段至第三时间段的长度。

在一些实施例中，第一时间段、第二时间段和第三时间段的长度分别是在第一次充电、第二次充电和第三次充电中充电电流的值达到第一阈值、第二阈值和第三阈值所消耗的时间段。

在一些实施例中，第一阈值等于或大于第二阈值，第二阈值等于或大于第三阈值。

在一些实施例中，第一阈值至第三阈值分别是在电池的内部电阻值在第一次充电、第二次充电和第三次充电中稳定时的时间点处的充电电流值。

在一些实施例中，所述方法还包括确定第一电压至第三电压的幅值的步骤。

在一些实施例中，所述确定第一电压至第三电压的幅值的步骤包括将第一电压至第三电压的幅值确定为以下电压值：所述电压值中的每个包括在与电池的内部电阻相对于时间的变化曲线中的峰值点对应的电压范围中。

根据一个或更多个实施例，提供了一种用于电池的电池充电设备，其中，电池包括多个电池单元，该电池充电设备包括：存储器，被构造为存储与作为用于对电池充电的充电电压的第一电压、第二电压和第三电压的幅值相关的信息，其中，分别在第一时间段、第二时间段和第三时间段内用第一电压、第二电压和第三电压对电池充电，第一时间段至第三时间段的长度与电池的充电电流的幅值对应。

在一些实施例中，第一时间段至第三时间段的长度是在第一时间段至第三时间段中充电电流的值分别达到第一阈值、第二阈值和第三阈值所消耗的时间段。

在一些实施例中，第一阈值等于或大于第二阈值，第二阈值等于或大于第三阈值。

在一些实施例中，第一阈值至第三阈值是在电池的内部电阻值在相应充电阶段中稳定时的时间点处的充电电流值。

在一些实施例中，第一电压至第三电压的幅值是以下电压值：所述电压值中的每个包括在与电池的内部电阻相对于时间的变化曲线中的峰值点对应的电压范围中。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将变得明显并且更容易理解，在附图中：

图1是根据本公开的示例实施例的电池充电设备的框图；

图2是示例性地示出根据本公开的示例实施例的电池充电电压的曲线图；

图3是示例性地示出根据本公开的示例实施例的电池充电电流的曲线图；

图4是根据本公开的示例实施例的电池充电方法的流程图；

图5是根据本公开的另一示例实施例的电池充电方法的流程图；

图6-图7是示例性地示出根据本公开的示例实施例的用于确定电池充电电压的幅值的电压与电阻根据时间变化的曲线图；以及

图8A-图8C是示出将通过根据本公开的示例实施例的电池充电方法对电池充电而获得的寿命与根据各种传统方法对电池充电而获得寿命进行对比的曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图来更详细地描述示例性实施例。然而，本公开可以在各种方面实现，且不应被解释为受限于这里提供的一个或更多个实施例。实施例被提供为使得公开完整，并且使本领域技术人员彻底理解发明。

在下文中，将参照附图提供一个或更多个示例性实施例。同样的附图标记表示相同的元件。在附图中，同样的附图标记将提供给相同或对应的元件，且不重复对其的描述。

图1是根据本公开的示例实施例的电池充电设备的框图。

参照图1，根据实施例的电池充电设备(充电器)100连接到电池或电池组，以向电池或电池组供应电力。

电池可以包括可以充电和放电的多个电池单元，并且可以构造具有开关和控制器的电池组。

开关可以包括通过接收从控制器输出的控制信号而接通/断开的充电开关和放电开关，当充电开关处于接通状态时，将从充电器100供应的充电电流输入到电池。

另外，当放电开关处于接通状态时，从电池输出的放电电流被传输到与电池组连接的系统或负载。

控制器监控电池的状态，并且控制开关的开关操作。由控制器监控的电池的状态信息可以包括电池电压、温度、电流等。可以基于电池的状态信息来计算电池的充电容量、剩余寿命等。

充电器100包括存储与作为用于对电池充电的充电电压的第一电压V₁、第二电压V₂和第三电压V₃相关的信息的存储器。

另外，充电器100分别在第一时间段、第二时间段和第三时间段用第一电压V₁、第二电压V₂和第三电压V₃对电池充电。基于电池的充电电流的幅值来确定第一时间段、第二时间段和第三时间段的长度。

例如，第一时间段、第二时间段和第三时间段的长度可以是在各个时间段内充电电流达到第一阈值、第二阈值和第三阈值所消耗的时间。

例如，当充电电流的幅值在利用第一电压V₁对电池充电时达到第一阈值时，充电器100利用第二电压V₂对电池充电。

当通过施加恒定幅值的电压来对电池充电时，供应到电池的充电电流的幅值逐渐减小，当充电电流的幅值达到预先设定的阈值时，可以将充电电压的幅值切换到预先确定的下一阶段的电压。

因此，第一时间段至第三时间段的长度未被预先确定，而是可以设定为达到第一阈值至第三阈值所消耗的时间。

图2是示例性地示出根据本公开的示例实施例的电池充电电压的曲线图。

参照图2的曲线图，根据本实施例的电池充电方法和采用该电池充电方法的电池充电设备，顺序地施加从第一电压至第三电压的恒定电压以对电池充电。

在图2的曲线图中，横轴(即，水平轴)表示时间，纵轴(即，竖直轴)表示施加到电池的充电电压的幅值。在施加到电池的第一电压V₁、第二电压V₂和第三电压V₃之中，第一电压V₁具有最小的幅值，第三电压V₃具有最大的幅值。

另外，在第一时间段(0至t₁)期间施加第一电压V₁，在第二时间段(t₁～t₂)期间施加第二电压V₂，在第三时间段(t₂～t₃)期间施加第三电压V₃。

如上所述，第一时间段至第三时间段的长度未被预先确定，直到供应给电池的充电电流的幅值达到预先设定的阈值时的时间点才将充电电压施加到电池。

图3是示例性地示出根据本公开的示例实施例的电池充电电流的曲线图。

在图3的曲线图中，横轴(即，水平轴)表示时间，纵轴(即，竖直轴)表示供应到电池的充电电流的幅值。另外，在横轴中的时间点t₁、t₂和t₃等于在图2的曲线图中的时间点t₁、t₂和t₃。

如上所述，在电池的充电期间，充电电流的幅值从由充电器施加充电电压时的时间点逐渐减小。

在第一时间段(0～t₁)期间，供应到电池的充电电流的幅值逐渐减小，当充电电流的幅值达到第一阈值I₁时，将第二电压V₂施加到电池。在第二时间段(t₁～t₂)期间，第二电压V₂作为充电电压被施加，充电电流的幅值在第二时间段(t₁～t₂)期间逐渐减小，因此，当充电电流的幅值达到第二阈值I₂时，将第三电压V₃施加到电池。

同样地，第三电压V₃在第三时间段(t₂～t₃)期间作为充电电压被施加，充电电流的幅值在第三时间段(t₂～t₃)期间逐渐减小并且当充电电流的幅值达到第三阈值I₃时，可以结束电池的充电。

如图3的曲线图中所示，第一阈值I₁等于或者大于第二阈值I₂，第二阈值I₂等于或者大于第三阈值I₃。

另外，第一阈值至第三阈值I₁、I₂和I₃可以被确定为充电电流的在电池的内部电阻值在对应的充电阶段中稳定时的时间点处的值。在示例中，第一阈值至第三阈值I₁、I₂和I₃可以被确定为充电电流的在包括在电池中的电池单元稳定时的时间点处的值。

因此，以上参照图2描述的充电电压V₁、V₂和V₃的幅值以及第一阈值至第三阈值I₁、I₂和I₃的幅值可以根据电池的特性而改变，并且在电池的充电之前被确定。

图4是根据本公开的示例实施例的电池充电方法的流程图。

参照图4，根据实施例的电池充电方法是对具有多个电池单元的电池进行充电的方法，并且包括：第一充电操作(S110)，其中，利用第一电压V₁对电池充电；第二充电操作(S120)，其中，利用第二电压V₂对电池充电；以及第三充电操作(S130)，其中，利用第三电压V₃对电池充电。

在第一充电操作(S110)中，在第一时间段(0～t₁)利用第一电压V₁对电池充电，在第二充电操作(S120)中，在第二时间段(t₁～t₂)利用第二电压V₂对电池充电，在第三充电操作(S130)中，在第三时间段(t₂～t₃)利用第三电压V₃对电池充电。这里，第一时间段至第三时间段的长度对应于电池的充电电流的幅值来确定。

例如，第一时间段(0～t₁)、第二时间段(t₁～t₂)和第三时间段(t₂～t₃)的长度可以是在相应时间段中充电电流值达到第一阈值、第二阈值和第三阈值的时间。

例如，当充电电流的幅值在利用第一电压V₁对电池充电时达到第一阈值时，利用第二电压V₂对电池充电。

当通过施加恒定幅值的电压对电池充电时，供应到电池的充电电流的幅值逐渐减小，当充电电流的幅值达到预先设定的阈值时，可以将充电电压的幅值切换为预先确定的下一阶段的电压。

因此，第一时间段至第三时间段的长度未被预先确定，并且可以被设定为达到第一阈值至第三阈值所消耗的时间。

如以上参照图3所描述的，供应到电池的充电电流的幅值在第一时间段(0～t₁)期间逐渐减小，当充电电流的幅值达到第一阈值I₁时，将第二电压V₂施加到电池。在第二时间段(t₁～t₂)期间，第二电压V₂作为充电电压被施加，充电电流的幅值在第二时间段(t₁～t₂)期间逐渐减小，因此，当充电电流的幅值达到第二阈值I₂时，将第三电压V₃施加到电池。

同样地，第三电压V₃在第三时间段(t₂～t₃)期间作为充电电压被施加，充电电流的幅值在第三时间段(t₂～t₃)期间逐渐减小，当充电电流的幅值达到第三阈值I₃时，结束电池的充电。

如图3的曲线图中所示，第一阈值I₁等于或者大于第二阈值I₂，第二阈值I₂等于或者大于第三阈值I₃。

另外，第一阈值至第三阈值I₁、I₂和I₃可以被确定为充电电流的在电池的内部电阻值在对应充电阶段中稳定时的时间点处的值。在示例中，第一阈值至第三阈值可以被确定为充电电流的在包括在电池中的电池单元稳定时的时间点处的值。

因此，以上参照图2描述的充电电压V₁、V₂和V₃的幅值以及第一阈值至第三阈值I₁、I₂和I₃的幅值可以根据电池的特性而改变，并且在电池的充电之前被确定。

图5是根据本公开的另一示例实施例的电池充电方法的流程图。

参照图5，根据另一实施例的电池充电方法包括确定充电电压的操作(S210)，利用第一电压V₁对电池充电的第一充电操作(S220)，利用第二电压V₂对电池充电的第二充电操作(S230)以及利用第三电压V₃对电池充电的第三充电操作(S240)。

在确定充电电压(S210)的操作中，确定用于对电池充电的充电电压的幅值。充电电压的幅值可以被确定为对应于电压与电池电阻随时间变化曲线中的峰的电压。

图6-图7是示例性地示出根据本公开的示例实施例的用于确定电池充电电压的幅值的电压与电阻根据时间变化的曲线图。

如以上参照附图所描述的，根据实施例的电池充电方法和采用该方法的电池充电设备的特征在于：通过分阶段施加预先确定的充电电压来对电池充电。

这里，如图6中所示，充电电压的幅值被确定为对应于电压与电阻随时间变化曲线中的峰的电压。图6的曲线图是在低电平的电流被施加到将被充电的电池的情况下获得的，其中，横轴(即，水平轴)表示电压，纵轴(即，竖直轴)表示电池电阻根据时间的改变(例如，电池电阻的变化率，即，dR/dt)。

在图6中示出的曲线中，检测到三个峰，与三个峰对应的电压V₁、V₂和V₃被确定为电池的充电电压。这里，充电电压是从在电池的实际使用的电压范围内的电压值之中确定，即，与峰对应的电压不是都被确定为充电电压。

图7是示出了包括在图6的曲线中的峰中的一个峰的放大图的曲线图。如以上参照图6所描述的，与峰对应的电压V₁被确定为电池的充电电压。

在实施例中，在包括电压V₁的电压范围内的某一电压值可以被确定为充电电压。例如，在关于与峰对应的电压V₁的99％至101％的范围内的电压可以被确定为充电电压。在实施例中，与关于峰的3dB范围(例如，3dB的下降)对应的电压可以被确定为充电电压。

图8A-图8C是示出了对通过根据依据本公开的示例实施例的电池充电方法对电池充电所获得的寿命与通过根据各种传统充电方法对电池充电所获得的寿命进行对比的曲线图。

图8A是示出了在通过根据本公开的电池充电方法对电池进行快速充电的情况下的电池寿命与在通过阶梯式CC/CV方法对电池进行快速充电的情况下的电池寿命的曲线图。

参照图8A，给定相同数目的电池充电/放电循环，在通过根据本公开的实施例的电池充电方法(阶梯式CV快速充电)对电池快速充电的情况下获得了较高的电池寿命(例如，随着时间推移而保持的较高的剩余电池容量)。

另外，在图8A中示出的结果中，可以领会的是，在通过根据本公开的电池充电方法(阶梯式CV快速充电)对电池进行充电的情况下的电池完全充电时间可以被设定为等于在通过常规充电操作对电池充电的电池完全充电时间和在通过阶梯式CC/CV快速充电操作对电池进行充电的情况下的电池完全充电时间。

图8B的曲线图示出了当使用根据本公开的电池充电方法(阶梯式CV常规充电)和常规充电方法时的电池的寿命，并且示出了在对电池完全充电所消耗的时间被设定为恒定的情况下的比较结果。参照图8B的曲线图，可以确认的是，当根据本公开通过分阶段施加恒定电压对电池充电时，电池的寿命增加。

图8C是示出对根据在图8A的曲线图和图8B的曲线图中示出的快速充电方法和常规充电方法将电池完全充电所消耗的时间量(例如，电池完全充电时间)进行对比的曲线图。

即，参照图8A至图8C，当使用根据本公开的电池充电方法(阶梯式CV常规充电和阶梯式CV快速充电)时，在设定电流阈值使得完全充电时间等于现有技术的常规充电和快速充电的完全充电时间的情况下，可以增加电池的寿命。

因此，当通过根据本公开的电池充电方法对电池充电时，与根据现有技术的充电方法(阶梯式CC/CV充电)相比时，可以增加电池的寿命，并且不影响充电时间。

根据本公开的电池充电方法和采用该方法的电池充电设备，可以通过减少在电池充电期间施加的应力分量并且通过施加与构成电池组的每个电池的特性对应的电流来增加电池的寿命。

应理解的是，在这里描述的实施例应当仅以描述性的含义来考虑，而不是出于限制的目的。对每个实施例内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于在其它实施例中的其它相似特征或方面。

在本说明书中使用的术语仅仅是用于描述特定实施例，而不意图限制本公开。除非在上下文中具有明确不同的含义，否则以单数形式使用的表述包括复数的表述。在本说明书中，将理解的是，诸如“包括”、“具有”和/或“包含”的术语意图表示存在说明书中公开的特征、数目、步骤、动作、组件、部分或它们的组合，并且不意图排除可以存在或可以添加一个或更多个其它特征、数目、步骤、动作、组件、部分或它们的组合的可能性。将理解的是，虽然在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用来将一个组件与另一组件区分开。

如这里使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个”、“一种”和“该(所述)”也意图包括复数形式。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何组合和所有组合。此外，当描述发明构思的实施例时，“可以”的使用指的是“发明构思的一个或更多个实施例”。另外，术语“示例性”意图指示例或例证。

根据在这里描述的本发明的实施例的电池充电设备和/或任何其它相关装置或组件(诸如，控制器)可以利用任何合适的硬件、固件(例如，专用集成电路)、软件或者软件、固件和硬件的合适的组合来实施。例如，电池充电设备的各种组件可以形成在一个集成电路(IC)芯片上或者形成在单独的IC芯片上。此外，电池充电设备的各种组件可以在柔性印刷电路膜、载带式封装件(TCP)、印刷电路板(PCB)实施，或者形成在同一基底上。此外，电池充电设备的各种组件可以是在一个或更多个计算装置中在一个或更多个处理器上运行的过程或线程，执行计算机程序指令并且与其它系统组件交互，以执行在这里描述的各种功能。计算机程序指令存储在存储器中，该存储器可以使用诸如以随机存取存储器(RAM)为例的标准存储器装置来在计算装置中实施。计算机程序指令还可以存储在其它诸如以CD-ROM、闪存驱动等为例的其它非暂时性计算机可读媒介中。另外，本领域技术人员应认识到的是，在不脱离本发明的示例性实施例的范围的情况下，各种计算装置的功能可以结合或集成到单个计算装置中，或者特定计算装置的功能可以分布在一个或更多个其它计算装置上。

虽然已经参照附图描述了一个或更多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如由权利要求和其等同物限定的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (11)

1.一种对电池充电的方法，其中，所述电池包括多个电池单元，所述方法包括以下步骤：

在第一时间段用第一电压对电池充电，本次充电是第一次充电；

在第二时间段用第二电压对电池充电，本次充电是第二次充电；以及

在第三时间段用第三电压对电池充电，本次充电是第三次充电，

其中，对应于电池的充电电流的幅值来确定第一时间段至第三时间段的长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一时间段、第二时间段和第三时间段的长度分别是在第一次充电、第二次充电和第三次充电中充电电流的值达到第一阈值、第二阈值和第三阈值所消耗的时间段。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，第一阈值等于或大于第二阈值，第二阈值等于或大于第三阈值。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，第一阈值至第三阈值分别是在电池的内部电阻值在第一次充电、第二次充电和第三次充电中稳定时的时间点处的充电电流值。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括确定第一电压至第三电压的幅值的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定第一电压至第三电压的幅值的步骤包括将第一电压至第三电压的幅值确定为以下电压值：所述电压值中的每个包括在与电池的内部电阻相对于时间的变化曲线中的峰值点对应的电压范围中。

7.一种用于电池的电池充电设备，其中，所述电池包括多个电池单元，所述电池充电设备包括：

存储器，被构造为存储与作为用于对电池充电的充电电压的第一电压、第二电压和第三电压的幅值相关的信息，

其中，分别在第一时间段、第二时间段和第三时间段内用第一电压、第二电压和第三电压对电池充电，第一时间段至第三时间段的长度与电池的充电电流的幅值对应。

8.根据权利要求7所述的电池充电设备，其中，第一时间段至第三时间段的长度是在第一时间段至第三时间段中充电电流的值分别达到第一阈值、第二阈值和第三阈值所消耗的时间段。

9.根据权利要求8所述的电池充电设备，其中，第一阈值等于或大于第二阈值，第二阈值等于或大于第三阈值。

10.根据权利要求8所述的电池充电设备，其中，第一阈值至第三阈值是在电池的内部电阻值在相应充电阶段中稳定时的时间点处的充电电流值。

11.根据权利要求7所述的电池充电设备，其中，第一电压至第三电压的幅值是以下电压值：所述电压值中的每个包括在与电池的内部电阻相对于时间的变化曲线中的峰值点对应的电压范围中。